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胡志坤, 宋菁烨, 陈沅

2016, 36(3): 591-595. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.591

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在智能家居网络设备自动发现过程中,网络设备端随机独立地选择延时发送服务响应消息,通常出现严重的消息拥塞现象。为解决智能家居网络中服务响应消息拥塞问题,以智能家居标准协议——通用即插即用(UPnP)进行自动发现设备为例,考虑不同应用场景中对服务发现过程的可靠性和实时性有不同要求,提出一种基于UPnP服务发现的随机服务系统模型。设计了集成系统响应指标和等待指标的通信损益函数,推导得到了最佳缓存队列长度与损益系数之间的关系。通过对比不同缓存队列长度中响应消息的到达时间、离开时间、等待时间和停留时间,验证了设计损益指标的必要性和随机服务系统模型的可行性。

基于数据流转发的实时数据交换系统设计

曹健, 刘琼, 王远

2016, 36(3): 596-600. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.596

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针对传统的基于全量转发机制的消息中间件应用于电力信息系统大规模数据交换时效率低的问题,设计并实现了基于数据流转发的实时数据交换中间件。基于队列缓冲技术,实现了消息型数据的异步发送与批量确认;设计了流式数据转发机制,消除数据在传输节点上的缓存延迟与缓存资源代价,提高了数据传输的及时性与并发性;结合分布式与数据路由思想,实现了对第三方系统透明的节点组网与数据路由功能。通过模拟某省电力信息系统数据交换场景,验证了系统性能,数据交换能力达3000并发,千兆带宽环境下系统传输速度达980 MB/s,交换延迟在毫秒级。

适用于无线视频传输的动态调度机制

李勇, 程智睿

2016, 36(3): 601-605. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.601

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对于无线网络传输实时高清视频时延高的问题,提出了一种增强型混合协调功能(EHCF)的动态调度机制。首先,利用截断和扩展信标间隔以适应视频数据的突发性;然后,根据站点数据缓存量大小来判断各站点传输需求,并由此划分在当前信标间隔中的优先级;其次,利用传输需求门限值和差值门限来评估高优先站点的传输需求权重;最后,根据评估结果为各站点分配信道资源。在基于H.264的视频传输仿真实验中,该机制以22 Mb/s的传输速度且网络站点个数相同时与传统的IEEE 802.11e中混合协调功能(HCF)相比,时延下降幅度最高为87.6%,最低为54.3%。仿真结果表明,EHCF机制在无线视频传输中能有效提高网络的实时性。

无线传感器网络多路径缠绕模型及其容错路由机制

于磊磊, 周永利, 黄玉

2016, 36(3): 606-609. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.606

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针对无线传感器网络(WSN)不相交多路径路由中的路径过长问题和缠绕多路径路由中的容错削弱问题,提出一种多路径缠绕模型及其容错路由机制。首先,提出将多路径缠绕量化的思想,通过建立多路径缠绕模型将多路径的缠绕性量化,并通过容错概率模型建立多路径缠绕性与路由容错性的理论关联;其次,基于多路径缠绕模型,通过局部调整多路径的相交度建立容错路由机制。实验结果表明,在典型多路径路由算法——顺序分配路由(SAR)和能量有效容错多路径路由(EEFTMR)上应用该容错路由机制,能有效提高算法的数据包传输成功率,并一定程度上优化算法的能量有效性和端到端传输延迟。

基于完好性的深耦合系统中多路径误差

刘琳琳, 郭承军, 田忠

2016, 36(3): 610-615. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.610

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针对全球定位系统(GPS)中的多路径误差消除问题,提出了一种基于完好性和深耦合结构相结合的多路径误差消除方法。首先,把GPS和捷联式惯性导航系统(SINS)构造成深耦合结构;然后,把鉴频鉴相器输出的伪距残差和伪距率残差作为检验统计量;其次,根据伪距残差和伪距率残差服从高斯分布,计算出伪距残差和伪距率残差的检测门限;最后,利用计算出的检测门限去评估检验统计量,把修正后的伪距残差和伪距率残差输入到卡尔曼滤波器中。将该方法与没有使用完好性的多路径误差消除方法进行仿真对比:纬度误差大约降低了40 m,偏航角误差大约降低了4°,北向速度误差大约降低了2 m/s;在与消除多路径误差的传统方法对比中(采用小波滤波),高度误差大约降低了40 m,俯仰角误差大约降低了5°。仿真结果表明,基于完好性的多路径消除方法能够有效消除由多路径带来的定位误差(位置误差、姿态角误差和速度误差),同时比传统的滤波法更能有效减小由多路径带来的定位误差。

基于遗传算法的无线传感器/执行器网络故障检测滤波器设计

刘勇, 沈轩帆, 廖勇, 赵明

2016, 36(3): 616-619. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.616

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为提高无线传感器/执行器网络(WSAN)的可靠性,提出一种基于遗传算法(GA)的WSAN故障检测滤波器的优化设计方法。在系统建模时将无线网络传输延迟对网络控制系统的影响建模为一种系统扰动噪声,将由敏感度和鲁棒性构成的复合优化指标作为故障检测滤波器的优化目标函数,即适应度函数。同时根据优化目标在自动控制系统中的数值特性,选择与之相适应的实数编码、均匀变异和算术交叉等处理方法,以期在加快收敛速度的同时也兼顾计算结果的精确度。所提的优化滤波器设计,不仅能抑制滤波器信号中的噪声分量,而且能放大故障信号。最后,通过Matlab/OMNET++的仿真平台验证了这一设计的有效性。

基于宽带非合作的突发信号存在性检测算法

汪洋, 王彬, 蒋天立, 刘怀兴, 陈婷

2016, 36(3): 620-627. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.620

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随着宽频带接收机的广泛应用,在宽带中非合作突发信号的盲检测越来越重要。面对低时间占空比的突发信号难以检测和高时间占空比突发信号与连续信号区分的问题,通过构建两种宽带统计谱来解决该问题:最大谱和最大差分谱。最大谱通过取瞬时频谱的最大值,保留连续信号和突发信号的功率谱信息;最大差分谱则保留前后瞬时频谱差值的最大值,能够有效地提取突发信息并且抑制连续信号。利用最大谱检测信号,利用最大差分谱辨别突发信号,实现了连续信号和不同时间占空比突发信号的宽带盲检测。最后对算法性能进行了测试,结果表明该算法能够对各种时间占空比的突发信号进行检测。

Matlab的图形处理器并行计算及其在拓扑优化中的应用

蔡勇, 李胜

2016, 36(3): 628-632. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.628

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针对传统并行计算方法实现结构拓扑优化快速计算的硬件成本高、程序开发效率低的问题,提出了一种基于Matlab和图形处理器(GPU)的双向渐进结构优化(BESO)方法的全流程并行计算策略。首先,探讨了Matlab编程环境中实现GPU并行计算的三种途径的优缺点和适用范围;其次,分别采用内置函数直接并行的方式实现了拓扑优化算法中向量和稠密矩阵的并行化计算,采用MEX函数调用CUSOLVER库的形式实现了稀疏格式有限元方程组的快速求解,采用并行线程执行(PTX)代码的方式实现了拓扑优化中单元敏度分析等优化决策的并行化计算。数值算例表明,基于Matlab直接开发GPU并行计算程序不仅编程效率高,而且还可以避免不同编程语言间的计算精度差异,最终使GPU并行程序可以在保持计算结果不变的前提下取得可观的加速比。

云环境下基于模板遗传算法的任务调度方法

盛小东, 李强, 刘昭昭

2016, 36(3): 633-636. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.633

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云任务调度是云计算研究的一个热点。云任务调度方法的好坏直接影响云平台的整体性能。提出一种基于模板遗传算法(TBGA)的任务调度方法。首先,根据处理机的运算速度和带宽等条件,计算出每个处理机应分配的任务量模板大小;然后,根据模板大小将任务集合中的任务划分为多个子集合;最后,利用遗传算法将集合中的任务分配到对应的处理机。实验证明通过此方法能得到总任务完成时间较短的调度结果。通过仿真实验将TBGA算法与Min-Min算法和遗传算法(GA)进行比较,实验结果表明,TBGA算法与Min-Min算法相比任务集合完成时间降低了20%左右,与遗传算法相比任务集合完成时间降低了30%左右,是一种有效的任务调度算法。

素数阶群上快速解密的KP-ABE方案

李作辉, 陈性元

2016, 36(3): 637-641. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.637

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大部分基于属性的加密方案(ABE)解密开销随解密时用到的属性数量呈线性增长,解密时双线性对运算为常数次的快速解密ABE方案(FABE)能用来解决此问题。针对现有自适应安全的FABE方案在合数阶群上构造,解密运算时双线性配对计算开销过大的问题,提出一种素数阶群上快速解密的密钥策略ABE(PFKP-ABE)方案。首先基于对偶正交基和线性秘密共享(LSSS)技术提出一个PFKP-ABE方案,然后采用对偶系统加密技术构建一系列两两不可区分的攻击游戏证明该方案在标准模型下是自适应安全的。性能分析表明,与现有的合数阶群上一种快速解密自适应安全密钥策略ABE方案(FKP-ABE)相比,该方案在自适应安全的前提下,解密计算速率提高了约15倍。

基于三维模型轮廓解析的信息隐藏算法

任帅, 石方夏, 张弢

2016, 36(3): 642-646. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.642

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针对基于信息隐藏技术的隐秘通信要求,提出利用模型纵向轮廓Z轴值的区间解析三维模型信息隐藏算法。算法首先将三维模型按固定大小与角度进行非比例缩放和旋转,经过水平映射得出纵向轮廓;其次将轮廓映射于二维坐标中,并进行固定步长的纵向取值;最后将取值结果按照固定阈值进行区间约束,转换为0/1数据。算法采用固定大小进行非比例缩放,可有效抵御缩放攻击;按照固定旋转角度和固定步长进行冗余嵌入,数据嵌入点存在于整个三维模型中,对剪切有很强的鲁棒性;另外,实验结果显示,算法对0.2%以下的随机加噪、重网格以及非均匀简化都具有较好的鲁棒性。

基于模糊C均值聚类与单类支持向量机的音频隐写分析方法

王昱洁, 蒋薇薇

2016, 36(3): 647-652. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.647

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针对传统的二分类音频隐写分析方法对未知隐写方法的适应性较差的问题,提出了一种基于模糊C均值(FCM)聚类与单类支持向量机(OC-SVM)的音频隐写分析方法。在训练过程中,首先对训练音频进行特征提取,包括短时傅里叶变换(STFT)频谱的统计特征和基于音频质量测度的特征,然后对所提取的特征进行FCM聚类得到C个聚类,最后送入多个超球面的OC-SVM分类器进行训练;检测过程中,对测试音频进行特征提取,根据多个超球面OC-SVM分类器的边界对待测音频进行检测。实验结果表明,该隐写分析方法对于几种典型的音频隐写方法能够较为正确地检测,满容量嵌入时,测试音频的总体检测率达到85.1%,与K-means聚类方法相比,所提方法的检测正确率提高了至少2%。该隐写分析方法比二分类的隐写分析方法更具有通用性,更适用于隐写方法事先未知情况下的隐写音频的检测。

基于双十字链表存储的共享资源矩阵方法特性研究

杨鹏, 赵辉, 鲍忠贵

2016, 36(3): 653-656. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.653

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针对共享资源矩阵法在系统隐蔽通道检测过程中存在的算法时间复杂度高的问题,提出了一种基于双十字链表存储的改进算法。首先,针对共享资源矩阵方法中的核心操作——传递闭包操作,将传统的数组存储改进为双十字链表存储;其次,针对共享资源矩阵方法建立了概率模型;最后,在该概率模型下,分析了改进算法的时间复杂度和共享资源矩阵方法的特性。理论分析和实验仿真表明:当共享资源矩阵为稀疏矩阵时,采用基于双十字链表存储的改进算法能够使共享资源矩阵法的时间效率相比传统的数组存储提高67%;当共享资源矩阵的规模较大时,传递闭包操作会使得共享资源矩阵中的元素快速填充,从而导致基于双十字链表存储改进算法相比传统数组存储的时间效率优势下降,并在概率模型下通过理论推导验证了传递闭包操作的这一特性。

基于Hash函数的移动双向认证协议

陶源, 周喜, 马玉鹏, 赵凡

2016, 36(3): 657-660. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.657

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针对移动射频识别(RFID)系统中因无线传输所带来的信道不安全问题,充分考虑到协议的复杂程度和标签的硬件成本,提出一种低成本的移动双向认证协议,实现了标签、读写器和后端服务器三者的相互认证。该协议使用模平方运算动态更新标签标识符,引入读写器标识符,并利用伪随机函数和哈希函数强化读写器和后端服务器之间的身份认证,提高系统移动性。与基于哈希函数的经典协议和标签所有权转移协议相比,该协议可抵抗跟踪、假冒、重放、中间人、拒绝服务器攻击等,能保证标签所有权安全转移,并从计算量和存储量分析效率,结果表明标签计算量减少,存储量较低。

基于网络欺骗的操作系统抗识别模型

曹旭, 费金龙, 祝跃飞

2016, 36(3): 661-664. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.661

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针对传统主机操作系统抗识别技术整体防御能力不足的问题,提出一种基于网络欺骗的操作系统抗识别模型(NDAF)。首先,介绍模型的基本工作原理,由网络内的欺骗服务器制定欺骗指纹模板,各主机根据欺骗模板动态改变自己的协议栈指纹特征,实现对攻击者操作系统识别过程的欺骗;其次,给出一种信任管理机制,依据威胁大小不同,有选择地对外部主机开展欺骗。实验测试表明,NDAF会给其网络通信带来一定的影响,但所产生的额外开销相对稳定,约为11%~15%,与典型的操作系统抗识别工具OSfuscate和IPmorph相比,NDAF操作系统抗识别能力较强。所提模型通过网络的一体化、欺骗性防御,能够有效提高目标网络防御水平。

基于列表的可扩展标记语言流数据查询处理方法

何志学, 廖湖声

2016, 36(3): 665-669. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.665

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针对半结构化可扩展标记语言(XML)流数据实时在线到达,顺序性一次访问及处理时效性高、缓存量小的需求,以及目前算法在大规模数据处理中查询表达式的能力有限、效率尚不能满足实际应用的现状,基于SAX解析,提出以列表及关系指针组合处理XPath查询的QXSList方法。首先定义数据模型,给出算法实现的整体框架,然后分别针对两个不同的XPath查询片段重点考虑了谓词判断条件和通配符的处理方法;该方法通过层次值计算判断节点的结构关系,利用关系指针链接多个候选节点列表,获取查询查询结果;最后分析给出优化算法,进一步减少缓存管理。通过实验对该方法与QStream++方法及MonetDB和SAXON查询引擎的运行时间和内存占比进行分析,得出与同类算法相比,随着数据量级的增加,效率提升在30%以上,且运行过程中内存占比接近于常量。

面向海量非结构化数据的非关系型存储管理机制

刘超, 胡成玉, 姚宏, 梁庆中, 颜雪松

2016, 36(3): 670-674. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.670

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针对传统的关系数据存储系统性能不足、容错性差,无法适应海量非结构化数据管理的问题,提出一种高性能、高可用非关系型存储管理机制。首先,设计了良好的用户访问服务接口,通过高效的一致性哈希算法支持数据分发到多个存储节点;其次,采用可配置的数据副本机制改善存储系统的可用性;最后,提出查询故障处理机制,用以提升存储系统的容错性,避免节点失效导致服务中断问题。实验结果表明,在不同规模用户负载下,新的存储系统的并发访问请求能力和传统的文件系统、关系数据库相比,分别提升了30%和50%;同时,在合理响应时间内,故障状态下的存储系统的可用性损失小于14%。因此,该机制适用于海量非结构化数据的高效存储管理。

基于并行遗传最大最小蚁群算法的分布式数据库查询优化

林基明, 班文娇, 王俊义, 童记超

2016, 36(3): 675-680. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.675

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针对分布式数据库中关系及其分片多副本、多站点存储的特性会增加查询搜索空间及时间复杂度,从而降低查询执行计划(QEP)搜索效率的问题,提出一种基于分片分配选择器(FSS)设计准则的并行遗传-最大最小蚁群算法(PGA-MMAS)。首先,结合实际的企业分布式信息管理系统设计FSS,启发式选择较优关系副本,以减少查询连接代价并缩小PGA-MMAS的搜索空间;然后结合遗传算法(GA)收敛较快的优势,对最终连接关系进行编码和并行遗传操作,得到一组相对较优的QEP,并将其转化为并行最大最小蚁群算法(MMAS)的初始信息素分布,从而使其更快速地搜索到全局最优QEP;最后分别在不同关系数情况下对算法进行仿真实验,结果表明,基于FSS的PGA-MMAS搜索最优QEP的效率高于原GA以及基于FFS的GA、MMAS和GA-MMAS;经实际工程应用验证,所提算法搜索出的高质量QEP可以提高分布式数据库多关系查询效率。

基于多策略协同作用的粒子群优化算法

李俊, 汪冲, 李波, 方国康

2016, 36(3): 681-686. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.681

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针对粒子群优化(PSO)算法容易早熟收敛、在进化后期收敛精度低的缺点,提出了一种基于多策略协同作用的粒子群优化(MSPSO)算法。首先,设定一个概率阈值为0.3,在粒子迭代过程中,如果随机生成的概率值小于阈值,则采用对当前种群中的最优个体进行反向学习并生成其反向解,以提高算法的收敛速度和收敛精度;否则,算法执行对粒子的位置进行高斯变异策略,以增强种群的多样性;其次,提出一种将柯西分布的比例参数进行线性递减的柯西变异策略,能够产生更好的解引导粒子向最优解空间运动;最后,在8个标准测试函数上进行仿真测试,MSPSO算法在Rosenbrock、Schwefel's P2.22、Rotated Ackley、Quadric Noise、Ackley函数上收敛的平均值分别为1.68E+01、2.36E-283、8.88E-16、2.78E-05、8.88E-16,在Sphere、Griewank和Rastrigin函数上收敛达到最优解0,优于高斯扰动粒子群优化(GDPSO)算法、基于柯西变异的反向学习粒子群优化(GOPSO)算法。结果表明,所提出的算法收敛精度高,能避免粒子陷入局部最优。

基于高斯扰动和自然选择的改进粒子群优化算法

艾兵, 董明刚

2016, 36(3): 687-691. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.687

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为了有效地平衡粒子群算法的全局与局部搜索性能,提出一种基于高斯扰动和自然选择的改进粒子群优化算法。该算法在采用简化粒子群优化算法的基础上,考虑到个体最优粒子间的相互影响,使用所有融入高斯扰动的个体最优的平均值代替每个粒子的个体最优值,并且借鉴自然选择中适者生存的进化机制提高算法优化性能;同时通过含有惯性权重停止阈值的自适应调节余弦函数递减策略来实现对惯性权重的非线性调整并采用异步变化调整策略来改善粒子的学习能力。仿真实验结果表明,所提算法在收敛速度和精度等方面均有提高,寻优性能优于近期文献中的几种改进的粒子群优化算法。

稀疏分层概率自组织图实例迁移学习方法

吴蕾, 田儒雅, 张学福

2016, 36(3): 692-696. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.692

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针对基于实例的迁移学习在关联多源异构领域数据时遇到的数据颗粒度不匹配问题,以单领域分层概率自组织图(HiPSOG)聚类方法为基础,提出一种具有迁移学习能力的稀疏化非监督分层概率自组织图(TSHiPSOG)方法。首先,在源领域和目标领域分别基于概率混合多变量高斯分布生成分层自组织模型以便在多领域中分别提取不同粒度的表示向量,并用稀疏图方法通过概率准则控制模型增长;其次,利用最大信息系数(MIC),在具有富信息的源领域中寻找与目标领域表示向量最相似的表示向量,并利用这些源领域表示向量的类别标签细化目标领域数据分类;最后,在国际通用分类数据集20新闻组数据集和垃圾邮件检测数据集上进行了实验,结果表明算法可以利用源领域的有用信息辅助目标领域的分类问题,并使分类准确率最高提高约15.26%和9.05%;对比其他经典迁移学习方法,通过稀疏分层可以挖掘不同颗粒度的表示向量,分类准确率最高提高约4.48%和4.13%。

基于自动编码器组合的深度学习优化方法

邓俊锋, 张晓龙

2016, 36(3): 697-702. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.697

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为了提高自动编码器算法的学习精度,更进一步降低分类任务的分类错误率,提出一种组合稀疏自动编码器(SAE)和边缘降噪自动编码器(mDAE)从而形成稀疏边缘降噪自动编码器(SmDAE)的方法,将稀疏自动编码器和边缘降噪自动编码器的限制条件加载到一个自动编码器(AE)之上,使得这个自动编码器同时具有稀疏自动编码器的稀疏性约束条件和边缘降噪自动编码器的边缘降噪约束条件,提高自动编码器算法的学习能力。实验表明,稀疏边缘降噪自动编码器在多个分类任务上的学习精度都高于稀疏自动编码器和边缘降噪自动编码器的分类效果;与卷积神经网络(CNN)的对比实验也表明融入了边缘降噪限制条件,而且更加鲁棒的SmDAE模型的分类精度比CNN还要好。

基于半监督学习的动态神经网络结构设计

任红格, 李冬梅, 李福进

2016, 36(3): 703-707. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.703

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针对神经网络初始结构的设定依赖于工作者的经验、自适应能力较差等问题,提出一种基于半监督学习(SSL)算法的动态神经网络结构设计方法。该方法采用半监督学习方法利用已标记样例和无标记样例对神经网络进行训练,得到一个性能较为完善的初始网络结构,之后采用全局敏感度分析法(GSA)对网络隐层神经元输出权值进行分析,判断隐层神经元对网络输出的影响程度,即其敏感度值大小,适时地删减敏感度值很小的神经元或增加敏感度值较大的神经元,实现动态神经网络结构的优化设计,并给出了网络结构变化过程中收敛性的证明。理论分析和Matlab仿真实验表明,基于SSL算法的神经网络隐层神经元会随训练时间而改变,实现了网络结构动态设计。在液压厚度自动控制(AGC)系统应用中,大约在160 s时系统输出达到稳定,输出误差大约为0.03 mm,与监督学习(SL)方法和无监督学习(USL)方法相比,输出误差分别减小了0.03 mm和0.02 mm,这表明基于SSL算法的动态网络在实际应用中能有效提高系统输出的准确性。

改进的动态自适应学习教与学优化算法

王培崇

2016, 36(3): 708-712. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.708

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为了克服教与学优化(TLBO)算法在求解函数优化问题时容易陷入局部最优、后期收敛速度慢、解精度较低等的弱点,提出了一种动态自适应学习和动态随机搜索机制的改进教与学优化算法。首先,在教师的教学过程中,引入一个线性变化的动态学习因子,来调整在迭代寻优过程中学生自身知识对本次学习的贡献价值。其次,为了提高算法的解精度,教师个体将执行动态随机搜索算法以加强对种群内的最优个体所在解空间的勘探。在14个标准测试函数上进行仿真实验,将所提算法与其他相关算法进行对比,结果表明所提算法不仅在求解精度,而且其收敛速度均优于标准TLBO算法,适合求解较高维的函数优化问题。

基于双重鉴别相关性分析的图像识别算法

李晋, 钱旭

2016, 36(3): 713-717. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.713

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针对多视图相关性算法未有效利用视图中相关信息且忽视了潜在的鉴别信息的问题,提出基于同一视图内和不同视图间的双重鉴别相关性分析(DVDCA)算法。首先,设计有监督的类内和类间相关性变量,通过最大化类内相关性变量、最小化类间相关性变量来提取视图中的鉴别特征;其次,考虑在同一视图内和不同视图间均考虑进行鉴别相关特征提取,设计约束形式的双重视图鉴别相关性特征提取模型,以利用丰富的视图信息。在Multi-PIE多角度人脸数据集数据集上与多视图线性鉴别分析、典型相关性分析(CCA)、多视图鉴别隐性空间(MDLS)、不相关多视图鉴别字典学习(UMDDL)四种算法对比实验,DVDCA分类识别率能够提高1.45~4.73个百分点;在MFD多特征手写体数据集上分类识别率能够提高1.25~5.29个百分点。

基于词频统计的文本关键词提取方法

罗燕, 赵书良, 李晓超, 韩玉辉, 丁亚飞

2016, 36(3): 718-725. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.718

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针对传统TF-IDF算法关键词提取效率低下及准确率欠佳的问题,提出一种基于词频统计的文本关键词提取方法。首先,通过齐普夫定律推导出文本中同频词数的计算公式;其次,根据同频词数计算公式确定文本中各频次词语所占比重,发现文本中绝大多数是低频词;最后,将词频统计规律应用于关键词提取,提出基于词频统计的TF-IDF算法。采用中、英文文本实验数据集进行仿真实验,其中推导出的同频词数计算公式平均相对误差未超过0.05;确立的各频次词语所占比重的最大误差绝对值为0.04;提出的基于词频统计的TF-IDF算法与传统TF-IDF算法相比,平均查准率、平均查全率和平均F1度量均有提高,而平均运行时间则均有降低。实验结果表明,在文本关键词提取中,基于词频统计的TF-IDF算法在查准率、查全率及F1指标上均优于传统TF-IDF算法,并能够有效减少关键词提取运行时间。

面向文本标题的人物关系抽取

闫旸, 赵佳鹏, 李全刚, 张洋, 柳厅文, 时金桥

2016, 36(3): 726-730. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.726

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为了克服文本标题的人物关系抽取中非人物实体的干扰、关系特征词的选取以及标题中多人物实体对目标实体的关系判定的影响,提出基于决策树的人物实体判别、基于最小集合覆盖的关系特征词生成以及基于三层句式规则统计方法。首先,针对中国机器学习会议(CCML)竞赛中人物关系属性文件中对人物的描述,提取18种特征,采用C4.5分类器,获得了98.2%的查全率和92.6%的查准率,其结果作为下一步人物关系判定的条件;其次,为了保证特征词集合的规模维持在合适的水平,采用了基于最小集合覆盖的特征词覆盖的算法,结果表明,随着特征词集合达到一定的规模,特征词集合完成对所有类别关系的集合覆盖,用以判定文本标题中人物关系类型;最后,采用三层句式规则统计方法,用以生成过滤掉比重较小的句子规则和根据关系正负比例判定的进一步细分句式规则,以判定文本标题关系与否。实验结果表明,在19种人物关系判定上取得82.9%的查全率、74.4%的查准率以及78.4%的F1测度。所提方法可以有效用于新闻标题人物关系提取,用以构建人物关系知识图谱。

基于随机森林和欠采样集成的垃圾网页检测

卢晓勇, 陈木生

2016, 36(3): 731-734. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.731

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为解决垃圾网页检测过程中的不平衡分类和"维数灾难"问题,提出一种基于随机森林(RF)和欠采样集成的二元分类器算法。首先使用欠采样技术将训练样本集大类抽样成多个子样本集,再将其分别与小类样本集合并构成多个平衡的子训练样本集;然后基于各个子训练样本集训练出多个随机森林分类器;最后用多个随机森林分类器对测试样本集进行分类,采用投票法确定测试样本的最终所属类别。在WEBSPAM UK-2006数据集上的实验表明,该集成分类器算法应用于垃圾网页检测比随机森林算法及其Bagging和Adaboost集成分类器算法效果更好,准确率、F1测度、ROC曲线下面积(AUC)等指标提高至少14%,13%和11%。与Web spam challenge 2007 优胜团队的竞赛结果相比,该集成分类器算法在F1测度上提高至少1%,在AUC上达到最优结果。

主题相似度与链接权重相结合的垃圾网页排序检测

韦莎, 朱焱

2016, 36(3): 735-739. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.735

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针对因Web中存在由正常网页指向垃圾网页的链接,导致排序算法(Anti-TrustRank等)检测性能降低的问题,提出了一种主题相似度和链接权重相结合,共同调节网页非信任值传播的排序算法,即主题链接非信任排序(TLDR)。首先,运用隐含狄利克雷分配(LDA)模型得到所有网页的主题分布,并计算相互链接网页间的主题相似度;其次,根据Web图计算链接权重,并与主题相似度结合,得到主题链接权重矩阵;然后,利用主题链接权重调节非信任值传播,改进Anti-TrustRank和加权非信任值排序(WATR)算法,使网页得到更合理的非信任值;最后,将所有网页的非信任值进行排序,通过划分阈值检测出垃圾网页。在数据集WEBSPAM-UK2007上进行的实验结果表明,与Anti-TrustRank和WATR相比,TLDR的SpamFactor分别提高了45%和23.7%,F1-measure(阈值取600)分别提高了3.4个百分点和0.5个百分点, spam比例(前三个桶)分别提高了15个百分点和10个百分点。因此,主题与链接权重相结合的TLDR算法能有效提高垃圾网页检测性能。

基于社会化媒体情境的多维协同智能推荐

卢志刚, 孙亚丹

2016, 36(3): 740-745. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.740

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针对传统协同智能推荐技术的冷启动、数据稀缺性问题,为提高推荐算法的效率和准确性,提出一种基于社会化媒体情境的多维智能推荐算法模型。该模型将目标用户的属性特征、行为特征考虑到社会化媒体情境信息中,并动态实时捕捉用户在不同社会化媒体情境下的偏好倾向,利用联机分析处理(OLAP)技术对多维数据进行处理。该模型将用户间的社会化关系和所处的政治经济环境视为衡量用户相似的重要指标,同时使用皮尔森系数和云模型来计算用户间各特征的相似度,并以此为推荐基础向用户呈现更个性化和定制化的推荐结果。实验结果表明,该模型的推荐结果的平均绝对误差明显小于传统的协同智能推荐和单纯的基于云模型推荐技术。

改进的分拣作业机械臂基于范例推理信念期望意图推理机制

周昊天, 闵华松

2016, 36(3): 746-750. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.746

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针对以案例推理机制为推理核心的分拣作业机械臂系统不能用于物体信息较多的复杂场景的问题,提出一种改进的基于范例推理-信念期望意图(CBR-BDI)推理机制。首先,将输入的信息作为信念(Belief),通过分词与检索得到案例属性,将其作为期望(Desire);然后,加入地图匹配、期望分析和引导三个部分以完善期望;最后,完整的期望生成解决方案作为意图(Intention)。在多物体多信息的场景中,用户可通过对话指挥系统进行分拣作业。实验结果表明,与传统的案例推理(CBR)机制相比,改进的CBR-BDI推理机制具有分析和引导能力,能用于多物体复杂场景。

基于多元特征的分块人物关系识别系统

张志华, 王建祥, 田俊峰, 吴国顺, 兰曼

2016, 36(3): 751-757. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.751

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随着互联网的飞速发展,大量的文本信息被分享到网上,如何在海量的网络信息中提取出可靠性较高的人物关系已成为信息抽取领域中的一个重要研究课题。为深入进行人物关系识别任务在中文方面的研究,提出了基于多元特征的分块人物关系识别系统,设计了较为完备的特征池,包括词袋特征、相关频率特征、依存树(DT)特征、命名实体识别(NER)特征等,为不同的关系从特征池中选择效果最佳的特征集合,并实验了多种基于有监督的机器学习分类算法。本系统在2015年中国机器学习会议竞赛(CCML Competition)举办的两个任务(Task1是从单个新闻标题中判定给定人物的关系;Task2是从多个新闻标题中判定人物的关系)的数据集上分别取得了75.68%和76.58%的MacroF1值,均位列参赛成绩的第一名。

软件工程关联数据的自动构建

张宇臣, 沈备军

2016, 36(3): 758-764. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.758

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针对目前在分布异构的大规模软件开发中难以高效地知晓信息和发现知识的问题,将语义网引入软件工程领域,对多源异构数据进行细粒度语义关联,提出本体构建、关联抽取和发现的方法,实现基于本体的软件工程关联数据的自动构建。该方法对软件工程本体进行概念抽取、合并、实例消解和属性消歧,从软件仓库结构化数据集中抽取出完整无冗余的关联数据;并采用同义词、动宾短语和结构关系三个特征利用自然语言处理(NLP)技术和信息检索(IR)技术从软件仓库中发现潜在的关联数据。实验结果表明,所提出的方法能从分布式软件工程数据集中自动构建和融合生成软件工程本体,并有效地发现潜在的关联数据将其扩充到软件工程本体中;与Baseline、Phraing和O-CSTI三种方法相比,关联数据发现的召回率、精准率和F值都有显著提高。

基于多核实时操作系统的配置工具设计

蒋建春, 陈慧玲, 邓露, 赵建朋

2016, 36(3): 765-769. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.765

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多核实时操作系统相对于单核操作系统功能更多,使用也更为复杂。针对多核操作系统的配置、裁剪、移植带来不便的问题,提出一种多核实时操作系统的应用配置工具,该工具可以提高基于多核实时操作系统的应用开发效率,大幅降低出错率。首先,针对重庆邮电大学自主研发的多核控制操作系统(CMOS),对配置工具进行层次模块化设计,并根据CMOS需求设计一种可视化配置工具,完成界面生成引擎与代码自动生成;其次,为保证配置的逻辑正确性,提出了配置关联性检测。实验表明,多核操作系统配置工具的代码生成时间短、错误率低,适用于操作系统CMOS,从而验证了该配置工具的可行性;与开发人员自主查错方式相比,关联性检测提高了查错速率,能快速定位错误代码位置,保证配置文件生成的正确性,因此该配置工具可以有效促进CMOS多核操作系统的应用。

基于拓扑独立成分分析和高斯混合模型的视频语义概念检测

孔玮婷, 詹永照

2016, 36(3): 770-773. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.770

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针对目前词袋模型(BoW)视频语义概念检测方法中的量化误差问题,为了更有效地自动提取视频的底层特征,提出一种基于拓扑独立成分分析(TICA)和高斯混合模型(GMM)的视频语义概念检测算法。首先,通过TICA算法进行视频片段的特征提取,该特征提取算法能够学习到视频片段复杂不变性特征;其次利用GMM方法对视频视觉特征进行建模,描述视频特征的分布情况;最后构造视频片段的GMM超向量,采用支持向量机(SVM)进行视频语义概念检测。GMM是BoW概率框架下的拓展,能够减少量化误差,具有良好的鲁棒性。在TRECVID 2012和OV两个视频库上,将所提方法与传统的BoW、SIFT-GMM方法进行了对比实验,结果表明,基于TICA和GMM的视频语义概念检测方法能够提高视频语义概念检测的准确率。

基于Kinect和视觉词典的三维SLAM

龙超, 韩波, 张宇

2016, 36(3): 774-778. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.774

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针对传统滤波器方法解决机器人同时定位与地图创建(SLAM)时的误差积累问题,提出了一种基于视觉词典(BOW)的三维SLAM算法,以有效解决机器人长时间运动下误差积累的问题。相比图优化SLAM中常用的随机检测和Kd树(Kd-Tree)算法,采用基于树结构的视觉词典闭环检测算法来提高相似场景的检索效率。首先采用基于GPU的特征提取算法提取图像特征,并利用交叉匹配和k最近邻(kNN)算法取得图像中鲁棒性较强的内点;然后通过基于随机抽样一致性奇异值分解(RANSAC SVD)算法计算出相邻帧的初始位姿变换,并利用通用迭代最近点(G-ICP)算法进行优化,得到高精度的位姿变换;最后利用增量平滑和建图(iSAM)图优化方法得出最终位姿,拼接出高精度的点云地图和运动轨迹。标准数据集的测试表明,所提算法在复杂情况下具有良好的鲁棒性和精度。

基于参数活动轮廓模型的图像分割新方法

胡学刚, 刘杰

2016, 36(3): 779-782. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.779

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针对目前基于参数活动轮廓模型(PACM)的图像分割方法不能精确定位到角点,不连续边缘易受周围无关信息影响的缺陷,提出一种基于参数活动轮廓模型的图像分割新方法。该方法首先构造边缘保护项,将其引入到图像分割的活动轮廓模型中,保留拉普拉斯扩散项的切线方向分量;再引入两个权重参数控制切线方向和法线方向有偏的扩散,以提高分割的精度和效率。实验结果表明,该模型不仅能检测到弱边缘,精确定位到角点,而且能收敛到深度的凹形边界,降低无关信息对边缘不连续处的影响,防止边缘泄露,很好地保护图像细节,收敛的效率和准确率比边缘保护梯度向量流模型、法向梯度向量流模型及其改进模型有明显提高。

基于空域自然场景统计的无参考立体图像质量评价模型

马允, 王晓东, 章联军

2016, 36(3): 783-788. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.783

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针对现有的评价方法大都将图像变换到不同的坐标域问题,提出一种基于空域自然场景统计(NSS)的通用型无参考立体图像质量评价模型。在评价中为了更好地结合人类双目视觉特性, 将左右图像融合成一幅独眼图;评价模型首先统计独眼图归一化亮度(CMSCN)系数分布规律,进而对独眼图提取空域自然场景统计特征;其次,统计视差图归一化亮度(DMSCN)系数的分布规律,并对用光流法得到的视差图提取同样的特征;最后,通过支持向量回归(SVR)建立立体图像特征信息与主观评价值(DMOS)之间的关系,从而预测得到图像质量的客观评价值。实验结果表明,该评价模型对立体数据测试库进行评价,其Pearson线性相关系数(PLCC)和Spearman等级相关系数(SROCC)值均在0.94以上;对于非对称立体图像库,PLCC和SROCC值分别接近0.91和0.93。该模型能够很好地预测人眼对立体图像的主观感知。

基于尺度不变性的无参考图像质量评价

田金沙, 韩永国, 吴亚东, 赵小乐, 张红英

2016, 36(3): 789-794. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.789

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现有的通用型无参考图像质量评价方法大多是利用失真图像及其主观值来训练回归模型预测图像质量指标,然而这种方法需要消耗大量的时间进行训练,并且评价效果依赖于训练图像库中的失真类型,通用性较差,很难应用到实际场合中。为了解决数据库依赖问题,提出一种归一化的基于图像尺度不变性的无参考图像质量评价方法。该方法不依赖外部数据,将图像的统计特性及边缘结构特性作为图像质量评价的有效特征,利用图像多尺度不变性计算多尺度间的整体特征差异,从而预测图像质量。实验结果表明,所提方法对混合失真图像质量评价效果好,运行效率高,与目前现有的无参考图像质量评估方法相比具有较好的综合性能,具有较好的应用价值。

对比度与空间位置关系驱动的显著性检测

刘志远, 李华锋

2016, 36(3): 795-799. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.795

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针对已有方法不能很好地检测显著目标边界以及完整区域问题,提出一种基于超像素分割的图像显著性检测方法。首先,对原图像进行双边滤波降低局部颜色差异,使图像更加平滑、均匀,同时能够保留显著目标的边缘信息。然后通过计算局部窗口内像素的差异来实现显著目标边界的初步检测;滤波后的图像通过超像素分割将具有相同或相近颜色特征的像素划分到一个超像素区块内,在此基础上,综合考虑超像素区块的局部对比度与全局对比度以及空间分布关系来计算每个区块的显著值。最后,融合上述两部分的结果并通过引导滤波来对检测结果进行优化处理。在MSRA-1000公开数据集上与其他7种方法进行对比实验,所提方法的平均准确率为81.57%,平均召回率为77.13%,综合指标F-measure值为80.50%。实验结果表明,提出的方法能够很好地检测出显著目标边界与内部信息,均匀突出了显著区域,证明了所提方法的有效性和鲁棒性。

统一最小二乘规则的单幅图像超分辨算法

赵小乐, 吴亚东, 田金沙, 张红英

2016, 36(3): 800-805. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.800

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基于机器学习的超分辨方法是一个很有发展前景的单幅图像超分辨方法,稀疏表达和字典学习是其中的研究热点。针对比较耗时的字典训练与恢复精度不高图像重建,从减小低分辨率(LR)和高分辨率(HR)特征空间之间差异性的角度提出了一种使用迭代最小二乘字典学习算法(ILS-DLA),并使用锚定邻域回归(ANR)进行图像重建的单幅图像超分辨算法。迭代最小二乘法的整体优化过程极大地缩短了低分辨字典/高分辨字典的训练时间,它采用了与锚定邻域回归相同的优化规则,有效地保证了字典学习和图像重建在理论上的一致性。实验结果表明,所提算法的字典学习效果比K-均值奇异值分解(K-SVD)和Beta过程联合字典学习(BPJDL)等算法更高效,图像重建的效果也优于许多优秀的超分辨算法。

基于相对透射率估计的快速图像去雾算法

杨燕, 王帆, 白海平

2016, 36(3): 806-810. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.806

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针对暗通道先验算法中恢复效果偏暗以及运算时间过久的问题,提出一种基于相对透射率估计的单幅图像快速去雾算法。该算法在分析雾霾条件下场景深度与最小值图像关系的基础上,依据景深相对量初步估计透射率,利用改进的均值滤波器作精确化调整,最后根据大气散射模型复原清晰图像,并通过亮度增强改善其视觉效果。该算法对透射率的估计简单、有效,复原图像清晰、自然,并且具有较高的细节可见度和层次感。实验结果表明,该算法在去雾效果和处理速度方面均有很大改善,有利于实现实时性应用。

快速在体光声计算层析图像重建方法

姜自波, 赵景秀, 张元科, 孟静

2016, 36(3): 811-814. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.811

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针对超声阵列式光声计算层析成像技术数据采集量大、成像速度慢的问题,为拓展该技术在血流动力学等领域的应用,提出一种基于主成分分析(PCA)的快速光声计算层析图像重建方法。该方法首先通过部分全采样数据,构建样本图像矩阵;然后,通过矩阵分解运算构建信号投影矩阵;最后,基于该投影矩阵在三倍欠采样条件下快速重建出高质量三维光声图像。在体小鼠背部血管成像实验表明:与传统反投影光声图像重建方法相比,基于主成分分析的光声图像重建方法可将数据采集规模降低约35%,三维图像重建速度提高约40%,实现了三倍欠采样条件下高精度光声图像的快速采集与重建。

基于张量积扩散与纹理元相似的医学图像检索

黄碧娟, 唐奇伶, 刘海华, 唐文峰

2016, 36(3): 815-819. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.815

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针对医学图像检索中相似性表达的自身困难,以及噪声影响的问题,提出一种通过张量积图进行扩散,利用其他数据点的上下信息改进基于纹理元的成对相似性度量的方法。首先,采用纹理元的统计方法进行医学图像特征描述和提取,并通过对纹理元相似性加权,得到图像的成对相似性;然后,利用张量积图沿着数据点的内在流形进行相似性的传播,实现全局的相似性度量。在ImageCLEFmed 2009上的实验结果表明,该算法与基于Gabor的检索算法相比,其类平均精度提高了32%,与基于尺度不变特征转换(SIFT)的检索算法相比,其类平均精度提高了19%,能良好地应用于医学图像检索。

基于偏最小二乘回归局部形状关系建模的颅面复原方法

贺毅岳, 马自萍, 高妮, 耿国华

2016, 36(3): 820-826. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.820

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针对基于主成分分析(PCA)的颅面联合统计复原中建模方法未充分考虑颅骨对面皮表面形状影响的局部性、模型对颅骨与面皮之间形状变化关系描述能力不足的问题,提出一种基于偏最小二乘回归(PLSR)局部形状关系建模的颅面复原方法。首先,深入分析基于PCA的颅面整体形状统计建模方法的缺陷,以及利用PLSR进行局部形状关系统计建模的优势;然后,将PLSR引入到颅面形状关系建模过程中,以按照法医人类学知识分类和具有生理点对应关系的颅面三维表面模型为训练集,针对每一类面皮上的每一个表面顶点,建立关于与其局部紧密相关的颅骨表面顶点集的PLSR坐标计算模型;进而,利用面皮表面顶点的坐标计算模型获得待复原面皮各顶点坐标来实现面貌复原,并给出基于PLSR局部形状关系建模的颅面复原方法的具体步骤;最后,给出通过PLSR局部形状关系建模进行颅面复原的多个实例,并采用有效复原能力和绝对误差等多种评估指标进行对比评估。实验结果表明,基于PLSR局部形状关系建模方法能显著提高颅面复原的准确度。

基于水平集的牙齿CT图像分割技术

汪葛, 王远军

2016, 36(3): 827-832. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.827

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牙齿的计算机断层扫描(CT)图像中存在边界模糊、相邻牙齿粘连等情况,且拓扑结构较为复杂,要实现准确的牙齿分割非常困难。对传统的牙齿CT图像分割方法,特别是近年来用于牙齿分割的水平集方法进行介绍,对其水平集函数中各能量项进行研究,并通过对比实验体现水平集方法的优越性。基于水平集的牙齿CT图像分割方法中水平集函数的能量项主要包括:竞争能量项、梯度能量项、形状约束能量项、全局先验灰度能量项、局部灰度能量项。实验结果表明基于混合模型的水平集方法分割效果最佳,切牙与磨牙分割准确率分别为88.92%和92.34%,相比自适应阈值和传统水平集方法,分割准确率总体提升10%以上。在综合利用图像信息和先验知识的基础上,通过对水平集函数中能量项进行优化和创新,有望进一步提高分割的准确率。

LaTeX数学表达式解析与索引方法

周南, 田学东

2016, 36(3): 833-836. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.833

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针对数学表达式复杂二维结构特性所导致的普通文本检索技术难以对其进行检索的问题,提出了一种面向数学检索的LaTeX数学表达式解析与索引方法。在充分考虑公式特点的基础上,通过对LaTeX构成特点的分析和归纳,设计了LaTeX数学表达式的解析和检索特征提取算法;以此为基础,构建了一种适应数学表达式特性的双层索引结构,利用所提取数学表达式各层次运算数和运算符信息,分别以Treap数据结构和倒排索引结构构成数学表达式索引,为实现进一步的数学表达式检索匹配打下基础。在浏览器/服务器模式下采用6234条数学教材中的公式作为数据集进行实验,在解析获得的124960个基线层数最高为11层的表达式节点上,建立索引平均耗时为33.8317 s。实验结果表明所提出的LaTeX表达式解析算法和索引结构能够适应数学表达式的特点,有助于实现具有较高效率和准确性的数学表达式检索。

面向业务问题求解的知识资源特定领域建模方法

王德川, 战洪飞, 余军合

2016, 36(3): 837-842. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.837

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针对企业中解决业务问题时知识资源利用不合理的问题,提出一种面向业务问题求解的知识资源特定领域模型。首先从领域纲要出发,将业务问题求解领域的基本元素描述出来,并详细分析其中对象之间的关系;然后通过在领域模板中建立的问题-知识事件驱动过程链(PK-EPC)模型对问题求解的流程进行格式化,并匹配到相应的知识单元;其次是通过对应的应用模型对业务问题进行分解,并将前面的知识单元与知识载体匹配。根据前面的模型可得出可供企业选择的集成业务活动、知识单元和知识载体的多层次求解方案模型,为企业业务问题求解提供了快捷准确的方法。最后基于Java设计了面向业务问题求解的企业求解方案建模系统,通过实例验证了该模型的可行性。

不确定环境下的岸桥集卡协调调度耦合模型建立与求解

樊陆彬, 梁承姬, 佘文婧

2016, 36(3): 843-848. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.843

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集装箱码头系统是一个由多个子系统组成的复杂的生产系统,系统内资源的调度也是非线性的复杂问题,同时涉及多种多样的不确定性因素。从不确定性的角度出发,主要考虑码头装卸设备运行参数的概率分布,研究岸桥和集卡之间的协调调度问题。采用多学科变量耦合优化设计的方法,同时考虑了集装箱任务的时间窗约束,分别建立集卡分派子模型和集卡配置子模型。并将完工时刻和集卡数量作为公用设计变量连接两个子模型,建立了协调调度耦合模型。选取上海港某码头的数据编写算例,在Visual Studio 2012环境下调用Gurobi4.0求解该耦合模型,反复迭代计算后得出最优的集卡分派方案相对于最初的调度方案,总延误时间成本下降了90.69%,集卡数量下降了30.76%,验证了本模型的有效性和实用性。

基于改进二维ESPRIT-like算法的相干源方向角估计

陈曦, 杨涛, 何宏森

2016, 36(3): 849-853. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.849

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针对用于二维十字相控阵的类旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT-like)算法用于相干源方向角估计时存在仰角和方位角配对困难的问题,提出一种基于接收信号矩阵联合对角化的改进二维ESPRIT-like算法。首先,通过ESPRIT-like算法得到x和y方向自相关矩阵,并由其重构出对应的Toeplitz矩阵以去相干;然后对Toeplitz矩阵进行等效分解,得到去相干后x和y方向的等效接收信号矩阵;最后对等效接收信号矩阵进行矩阵联合对角化,实现相干源仰角和方位角自动配对,从而得到正确的信源方向估计结果。仿真结果表明,与改进前的算法相比,改进后的算法能够实现正确的方向角估计;与目前常用的基于空间平滑的二维多重信号分类(MUSIC)算法相比,在信噪比为30 dB时,该算法响应时间减少了79%左右,仰角和方位角分辨率分别提高了20%和40%左右,均方误差约为MUSIC算法角度误差的10%。

基于协同表示的多特征融合岩石分类

刘珏先, 滕奇志, 王正勇, 何小海

2016, 36(3): 854-858. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.854

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针对传统的岩石薄片成分分析耗时、识别率不高等问题,提出了一种基于协同表示(CR)的岩石薄片成分分析方法。首先,分析探讨了岩石薄片中颗粒纹理特性,证明将薄片图像的分层多尺度局部二值化(HMLBP)特征与灰度共生矩阵(GLCM)特征相融合能有效地表征岩石薄片中颗粒的纹理。然后,为降低识别阶段时间复杂度,采用主成分分析(PCA)方法将新特征降维到100维。最后,采用基于协同表示的分类器(CRC)进行分类识别。与基于稀疏表示的分类器(SRC)分别采用样本字典中某一个样本单独编码表征预测样本不同,基于协同表示的分类器采用样本字典中的所有样本协同编码表征预测样本,借助不同样本的同一属性提高识别率。实验结果表明该方法的识别速度较基于稀疏的分类器识别方法提高300%,识别率提高2%;在实践应用中能较好地区分岩石薄片中的石英成分和长石成分。

基于局部窗口K分布的快速舰船检测算法

张颢, 孟祥伟, 李德胜, 刘磊

2016, 36(3): 859-863. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.859

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针对局部窗口K分布检测算法运算速度慢、计算效率低的问题,提出了一种基于局部窗口K分布的快速舰船目标检测算法。该算法首先采用迭代分割算法对原始合成孔径雷达(SAR)图像进行预筛选处理,根据预筛选选出潜在目标,在原始SAR图像中剔除潜在目标像素;然后利用背景图像计算二阶和四阶积分图像,在每一个像素点处采用滑动窗口的方式,在积分图像中进行加减计算确定所在位置的二四阶矩并估计K分布的参数;其次,确定概率密度函数后,通过求解函数得到检测阈值,根据检测阈值确定感兴趣区域;最后,通过模糊差影的鉴别方法对目标中的虚警目标进行进一步剔除,进而完成检测。通过实测SAR图像检测实验,积分算法与局部窗口的K分布算法相比将运算所需时间降低了50%,基于模糊差影的鉴别算法将品质因素由44.4%提高到100%。所提算法既保证了算法的实时性,又提高了检测的精度,在进行SAR舰船自动检测方面具有一定的应用价值。

基于历史车牌识别数据的套牌车并行检测方法

李悦, 刘晨

2016, 36(3): 864-870. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.864

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针对现有套牌车检测方法中所具有的成本高及检测效率低等缺点,提出一种基于历史车牌识别数据(ANPR)集的套牌车并行检测方法TP-Finder,实现了基于整数划分的数据分块策略,能有效求解大规模数据并行处理时的数据倾斜问题,显著提升套牌车辆的发现性能。此外,实现了基于TP-Finder方法的套牌车辆查询系统,可准确呈现所有疑似套牌车辆的历史行车轨迹。最后,在某市真实交通数据集上对TP-Finder方法的性能进行了实验验证。实验结果表明,与缺省的MapReduce 分块策略相比较,TP-Finder的分块策略能够带来最大20%的性能提升。

考虑3G/4G网络特性的多无人机环保监测任务调度

欧阳秋萍, 李杰, 沈林成

2016, 36(3): 871-877. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.871

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针对采用传统视距链或图传电台的无人机环保监测距离受限、在线传输数据量受限,以及大功率数据链无法搭载于小型环保无人机等问题,提出了一种基于3G/4G网络的多无人机环保监测任务调度的方法。首先,将3G/4G网络的时间特性与多无人机环保监测任务调度相结合,将多无人机任务调度问题建模为带时间窗的团队定向问题(TOPTW);然后,针对TOPTW求解中存在计算量大、易陷入局部最优的问题,提出一种局部迭代搜索(ILS)算法来优化求解TOPTW;其次,使用大量测试集检验该算法的可行性和运算性能,与现有的蚁群算法(ACA)比较结果的平均收益与计算时间;最后设计了3G/4G网络下典型的双机环保监测任务调度环境,并将ILS算法应用其中。仿真结果表明,与蚁群算法相比,ILS所得收益大部分都要低于ACA所得收益,所有算例收益的平均Gap为1.09%,最大值为10.8%,其中也有部分结果要优于ACA结果;计算时间平均缩减至千分之一。实验结果表明,ILS算法能快速得到多无人机任务调度序列,有效减少了计算时间而实验收益结果在可接受范围内。

基于模糊聚类技术的肌电信号完全分解算法

任小梅, 杨刚

2016, 36(3): 878-882. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.03.878

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肌电(EMG)信号分解是EMG信号产生的逆过程。通过EMG分解获取完整的运动单元(MU)的波形和发放信息,需完成复杂的叠加波形分解过程。首先,基于小波滤波和小波阈值估计技术去除EMG信号中的噪声;接着,利用幅度-斜率双阈值法检测出MUAP波形;然后,采用分类功能强的模糊K均值聚类技术对波形进行聚类,再利用最近邻法将未分配波形分类;最后,采用基于伪相关相似性度量的剥落法,进行叠加电位波形分解,实现肌电信号的完全分解,获取完整的MUAP波形和发放模式。利用对来自正常人的真实EMG信号和模拟EMG信号进行实验,系统平均正确率可达87%以上。

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